BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mikrokontroler Mikrokontroler

5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar
elemennya dikemas dalam satu chip IC (Intergrated Circuit) sehingga sering juga
disebut single chip microcomputer, yang masuk dalam kategori embedded
komputer. Suatu kontroler digunakan untuk mengontrol suatu proses atau aspekaspek dari lingkungan (Soebhakti, 2009).
Mikrokontroler terdiri dari beberapa bagian diantaranya :
1. CPU (Central Prosesing Unit) pada bagian ini yaitu sebagai otak atau
pusat dari pengontrolan sebuah komputer.
2. ROM (Read Only Memory) merupakan perangkat mengingat yang dapat
membaca data pada komputer.
3. RAM (Random Access Memory) merupakan perangkat pembaca data pada
komputer yang dilakukan secara acak.
4. I/O (Input/Output) merupakan sistem pemasukan dan keluar data pada
komputer.
2.2
Arduino
Arduino adalah platform pembuatan prototipe elektronik yang bersifat opensource hardware yang berdasarkan pada perangkat keras dan perangkat lunak
yang fleksibel dan mudah digunakan. Arduino ditujukan bagi para seniman,
desainer, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau lingkungan
yang interaktif (Simanjuntak, 2013).
Arduino pada awalnya dikembangkan di Ivrea, Italia. Nama Arduino adalah
sebuah nama maskulin yang berarti teman yang kuat. Platform arduino terdiri dari
arduino board, shield, bahasa pemrograman arduino, dan arduino development
environment. Arduino board biasanya memiliki sebuah chip dasar mikrokontroler
Atmel AVR ATmega8 berikut turunannya. Blok diagram arduino board yang
sudah disederhanakan. Shield adalah sebuah papan yang dapat dipasang diatas
Universitas Sumatera Utara
6
arduino board untuk menambah kemampuan dari arduino board (Simanjuntak,
2013).
Bahasa pemrograman arduino adalah bahasa pemrograman yang umum digunakan
untuk membuat perangkat lunak yang ditanamkan pada arduino board. Bahasa
pemrograman arduino mirip dengan bahasa pemrograman C++ (Simanjuntak,
2013).
Gambar 2.1. Blok Diagram Arduino Board.
Arduino Development Environment adalah perangkat lunak yang digunakan untuk
menulis dan meng-compile program untuk arduino. Arduino Development
Environment juga digunakan untuk meng-upload program yangsudah di-compile
ke memori program arduino board (Simanjuntak, 2013).
2.2.1 Arduino Uno
Arduino Uno adalah arduino board yang menggunakan mikrokontroler
ATmega328. Arduino Uno memiliki 14 pin digital (6 pin dapat digunakan sebagai
output PWM), 6 input analog, sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi
USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah header ICSP, dan sebuah tombol
reset. Arduino Uno memuat segala hal yang dibutuhkan untuk mendukung sebuah
mikrokontroler. Hanya dengan menhubungkannya ke sebuah komputer melalui
USB atau memberikan tegangan DC dari baterai atau adaptor AC ke DC
sudahdapat membuatnya bekerja. Arduino Uno menggunakan ATmega16U2 yang
diprogram sebagai USB-to-serial converter untuk komunikasi serial ke
komputermelalui port USB. Tampak atas dari arduino uno dapat dilihat pada
Gambar 8.2 (Simanjuntak, 2013).
Universitas Sumatera Utara
7
Adapun data teknis board Arduino UNO R3 adalah sebagai berikut:
1) Mikrokontroler : ATmega328
2) Tegangan Operasi : 5V
3) Tegangan Input (recommended) : 7 - 12 V
4) Tegangan Input (limit) : 6-20 V
5) Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM)
6) Pin Analog input : 6
7) Arus DC per pin I/O : 40 mA
8) Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
9) Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader
10) SRAM : 2 KB
11) EEPROM : 1 KB
12) Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz
Gambar 2.2. Arduino Uno.
2.2.2 Pin masukan dan keluaran arduino uno
Masing-masing dari 14 pin digital arduino uno dapat digunakan sebagai masukan
atau keluaran menggunakan fungsi pin Mode(), digital Write() dandigital Read().
Setiap pin beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin mampu menerima atau
menghasilkan arus maksimum sebasar 40 mA dan memiliki resistor pull-up
internal (diputus secara default) sebesar 20-30 KOhm. Sebagaitambahan,
beberapa pin masukan digital memiliki kegunaan khusus yaitu:
1) Komunikasi serial: pin 0 (RX) dan pin 1 (TX), digunakan untuk menerima
(RX) dan mengirim (TX) data secara serial.
Universitas Sumatera Utara
8
2) External Interrupt: pin 2 dan pin 3, pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu
sebuah interrupt pada nilai rendah, sisi naik atau turun, atau pada saat terjadi
perubahan nilai.
3) Pulse-width modulation (PWM): pin 3,5,6,9,10 dan 11, menyediakan keluaran
PWM 8-bit dangan menggunakan fungsi analogWrite().
4) Serial Peripheral Interface (SPI): pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) dan
13(SCK), pin ini mendukung komunikasi SPI dengan menggunakan SPI
library.
5) LED: pin 13, terdapat built-in LED yang terhubung ke pin digital 13. Ketikapin
bernilai HIGH maka LED menyala, sebaliknya ketika pin bernilai LOWmaka
LED akan padam.
Arduino Uno memiliki 6 masukan analog yang diberi label A0 sampai A5,setiap
pin menyediakan resolusi sebanyak 10 bit (1024 nilai yang berbeda). Secara
default pin mengukur nilai tegangan dari ground (0V) hingga 5V, walaupun
begitu dimungkinkan untuk mengganti nilai batas atas dengan menggunakan pin
AREF dan fungsi analog Reference(). Sebagai tambahan beberapa pin masukan
analog memiliki fungsi khusus yaitu pin A4 (SDA) dan pin A5 (SCL) yang
digunakan untuk komunikasi Two Wire Interface (TWI) atau Inter Integrated
Circuit (I2C) dengan menggunakan Wire library (Simanjuntak, 2013).
2.2.3 Sumber Daya dan Pin Tegangan Arduino Uno
Arduino uno dapat diberi daya melalui koneksi Universal Serial Bus (USB) atau
melalui power supply eksternal. Jika arduino uno dihubungkan ke kedua sumber
daya tersebut secara bersamaan maka arduino uno akan memilih salah satu
sumber daya secara otomatis untuk digunakan. Power supplay external (USB)
berasal dari adaptor AC ke DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkan ke soket
power pada arduino uno. Jika menggunakan baterai, ujung kabel yang
dibubungkan ke baterai dimasukkan kedalam pin GND dan Vinyang berada pada
konektor POWER (Simanjuntak, 2013).
Arduino uno dapat beroperasi pada tegangan 6 sampai 20 volt. Jika arduino uno
diberi tegangan di bawah 7 volt, maka pin 5 volt akan menyediakan tegangan di
bawah 5 volt dan arduino uno munkin bekerja tidak stabil. Jika diberikan tegangan
Universitas Sumatera Utara
9
melebihi 12 volt, penstabil tegangan kemungkinan akan menjadi terlalu panas dan
merusak arduino uno. Tegangan rekomendasi yang diberikan ke arduino uno
berkisar antara 7 sampai 12 volt (Simanjuntak, 2013).
Pin-pin tegangan pada arduino uno adalah sebagai berikut:
1) Pin adalah pin untuk mengalirkan sumber tegangan ke arduino uno ketika
menggunakan sumber daya eksternal (selain dari koneksi USB atau
sumberdaya yang teregulasi lainnya). Sumber tegangan juga dapat disediakan
melalui pin ini jika sumber daya yang digunakan untuk arduino uno dialirkan
melalui soket power.
2) 5V adalah pin yang menyediakan tegangan teregulasi sebesar 5 volt berasal
dari regulator tegangan pada arduino uno.
3) 3V3 adalah pin yang meyediakan tegangan teregulasi sebesar 3,3 volt berasal
dari regulator tegangan pada arduino uno.
GND adalah pin Ground.
2.2.4 Peta Memori Arduino Uno
Arduino Uno adalah arduino board yang menggunakan mikrokontroler
ATmega328. Maka peta memori arduino uno sama dengan peta memori pada
mikrokontroler ATmega328 (Simanjuntak, 2013).
2.2.5 Memori Program
ATMega328 memiliki 32K byte On-chip In-System Reprogrammable Flash
Memory untuk menyimpan program. Memori flash dibagi kedalam dua bagian,
yaitu bagian program bootloader dan aplikasi seperti pada Gambar 8.3.
Bootloader adalah program kecil yang bekerja pada saat sistem dimulai yang
dapat memasukkan seluruh program aplikasi ke dalam memori prosesor
(Simanjuntak, 2013).
Universitas Sumatera Utara
10
Gambar 2.3. Peta Memori Program ATMega 328.
2.2.6 Memori Data
Memori data ATMega328 terbagi menjadi 4 bagian, yaitu 32 lokasi untuk register
umum, 64 lokasi untuk register I/O, 160 lokasi untuk register I/O tambahan dan
sisanya 2048 lokasi untuk data SRAM internal. Register umum menempati alamat
data terbawah, yaitu 0x0000 sampai 0x001F. Register I/O menempati 64 alamat
berikutnya mulai dari 0x0020 hingga 0x005F. Register I/O tambahan menempati
160 alamat berikutnya mulai dari 0x0060 hingga 0x00FF.Sisa alamat berikutnya
mulai dari 0x0100 hingga 0x08FF digunakan untuk SRAM internal (Simanjuntak,
2013). Peta memori data dari ATMega 328 dapat dilihat pada Gambar 8.4.
Gambar 2.4. Peta Memori Data ATMega328.
Universitas Sumatera Utara
11
2.2.7 Memori Data EEPROM
Arduino uno terdiri dari 1 KByte memori data EEPROM. Pada memori
EEPROM, data dapat ditulis/dibaca kembali dan ketika catu daya dimatikan, data
terakhir yang ditulis pada memori EEPROM masih tersimpan pada memori
ini,atau dengan kata lain memori EEPROM bersifat nonvolatile. Alamat
EEPROM dimulai dari 0x000 hingga 0x3FF (Simanjuntak, 2013).
2.3
Ethernet
Arsitektur Ethernet ini di perkenalkan tahun 1970 an oleh Xerox, di mana terdapat
tiga jenis Ethernet yang di bedakan berdasarkan decepata daya akses datanya,
yaitu :
a. Ethernet : memiliki kecepatan akses data 10 Mbps
b. Fast Ethernet : memiliki kecapatan akses data 100 Mbps
c. Gigabit Ethernet : bias juga di sebut Gibic Ethernet.
Gibic Ethernet memiliki kecepatan akses data sebesar 1000 Mbps atau 1Gbps.
Arsitektur ini memiliki kemampuan berbagi bandwidth atau resource dalam suatu
jaringan yang sama. Protokol yang di gunakan pada arsitektur ini adalah
CSMA/CD atau Carrier Sense Multiple Access With Collsion Detections, protocol
ini berfungsi supaya tidak terjadi collusion ketika berbagi bandwidth. Collusion
merupakan suatu kondisi di mana ada beberapa source computer yang
mengirimkan data pada saat yang sama sehingga data yang dikirimkan melalui
jaringan tersebut akan bertabrakan dan data tidak akan terkirim.
Sebelumnya, Ethernet utamanya digunakan dalam teknologi akses, menyediakan
akses internet atau interface user ke network. Sampai saat ini kondisi tersebut
masih berjalan tetapi standar ethernet-nya sendiri dikembangkan untuk mampu
melayani layanan data pada jaringan transport. Fungsi-fungsi layanan pada
teknologi Ethernet sebagai jaringan transport merupakan hasil pengembangan
yang terus-menerus. ( Kharisma, 2009).
2.3.1 Ethernet Shield
Merupakan modul yang digunakan untuk menghubungkan perangkat Arduino ke
internet baik local atau online. Modul ini merupakan perangkat tambahan untuk
Universitas Sumatera Utara
12
Arduino yang langsung di koneksikan pada papan Arduino. Modul ini dapat
terkoneksi ke jaringan disebabkan adanya Chip Ethernet Wiznet W5100 yang ada
pada papan Ethernet. Wiznet W5100 menyediakan jaringan (IP) stack yang
memiliki TCP dan UDP. Shield ini mendukung hingga empat koneksi soket
secara simultan. (Girsang, 2014).
2.4
Sensor Panas LM35
Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk
mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor
Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika
elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki
keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor
suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan
linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan
rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Meskipun
tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor
adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan satu daya tunggal dengan
ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 μA hal ini berarti
LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor
yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari
0,5º C pada suhu 25º C.
Gambar 2.5. Sensor Suhu LM35
Gambar LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi
masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja
dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau V out
Universitas Sumatera Utara
13
dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan
operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran
sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh
persamaan sebagai berikut :
VLM35 = Suhu.10mV
Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu
setiap suhu 1º C akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya
LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada
permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01º C karena
terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih
antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama
dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh
lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan
suhu udara disekitarnya. (Utomo, 2011).
Keuntungan lain dari sensor LM 35 adalah memberikan akurasi sebesar ± ¼° C
pada suhu ruangan dan ± ¾° C terhadap suatu rentang suhu –55° C hingga +150°
C tanpa penyetelan atau pengukuran, impedansi keluaran LM35 yang rendah,
keluaran linier, dan proses kalibrasi yang mudah dan tepat sehingga dapat dibaca
dan diatus sirkulasinya serta dapat menggunakan catu daya tunggal atau dengan
catu daya plus (+) dan minus (-). ( Indriani).
2.5
Relay
Relay adalah sebuah saklar yang dikendalikan oleh arus. Relay memiliki sebuah
kumparan tegangan rendah yang dililitkan pada sebuah inti dan arus nominal yang
harus dipenuhi output Hal -5 rangkaian pendriver atau pengemudinya. Arus yang
digunakan pada rangkaian adalaharus DC. (Bishop).
2.5.1
Motor DC Pompa Air
Dalam memilih suatu pompa air terlebih dahulu harus diketahui kapasitas aliran
serta head yang diperlukan untuk mengalirkan zat cair yang akan dipompa. Selain
dari pada itu, agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi,maka perlu
ditaksir berapa tekanan minimum yang tersedia pada sisi masuk pompa yang
Universitas Sumatera Utara
14
terpasang instalannya. Ata
s dari tekanan isap inilah maka putaran pompa dapat
ditentukan. Untuk pemilihan penggerak pompa, tergantung pada mana yang tepat
bagi setiap kasus. Harus dilihat kondisi kerja dan tempatnya, karena kedua jenis
penggerak mula pada pompa ini memiliki keuntungan dan kerugian masingmasing. (Faisal, 2009).
Gambar 2.6. Motor DC Pompa Air
2.6
Web server
Web serversite atau situs adalah kumpulan halaman yang menampilkan informasi
data teks, data gambar diam atau gerak, data animasi, suara, video dan atau
gabungan dari semuanya, baik yang bersifat statis maupun dinamis yang
membentuk satu rangkaian bangunan yang saling terkait dimana masing-masing
dihubungkan dengan jaringan jaringan halaman (Hyperlink). Bersifat statis
apabila isi informasi web serversite tetap, jarang berubah, dan isi informasinya
searah hanya dari pemilik web serversite. Bersifat dinamis apabila isi informasi
web serversite selalu berubah-berubah, dan isi informasinya interaktif dua arah
berasal dari pemilik serta pengguna web serversite (Trimarsiah 2014).
2.6.1 PHP
Hypertext Preprocessor (PHP) yang digunakan sebagai bahasa siscript serverside
dalam pengembangan web server yang disisipkan pada dokumen HTML.
Penggunaan PHP memungkinkan web server dapat dibuat dinamis sehingga
maintenance situs web server tersebut menjadi lebih mudah dan efisien
(Trimarsiah 2014).
Universitas Sumatera Utara
15
2.7
ISIS & ARES Proteus 8.5
Proteus adalah sebuah software untuk mendesain PCB yang dilengkapi dengan
simulasi Pspice pada level skematik sebelum rangkaian skematik di-upgrade ke
PCB, sehingga kita tahu apakah PCB yang akan dicetak sudah benar atau tidak.
Proteus mampu mengkombinasikan program ISIS untuk membuat skematik
desain rangkaian dengan program ARES untuk membuat layout PCB dari
skematik yang telah dibuat.
Fitur-fitur dari PROTEUS adalah sebagai berikut :
1. Memiliki kemampuan untuk mensimulasikan hasil rancangan baik digital
maupun analog maupun gabungan keduanya,
2. Mendukung simulasi yang menarik dan simulasi secara grafis
3. Mendukung simulasi berbagai jenis microcontroller seperti PIC, 8051
series.
4. Memiliki model-model peripheral yang interactive seperti LED, tampilan
LCD, RS232, dan berbagai jenis library lainnya.
5. Mendukung instrument-instrument virtual seperti voltmeter, ammeter,
oscciloscope, logic analyser, dll,
6. Memiliki kemampuan menampilkan berbagi jenis analisis secara grafis
seperti transient, frekuensi, noise, distorsi, AC dan DC, dll.
7. Mendukung berbagai jenis komponen-komponen analog, Mendukung open
architecture sehingga kita bisa memasukkan program seperti C++ untuk
keperluan simulasi,
8. Mendukung pembuatan PCB yang di-update secara langsung dari program
ISIS ke program pembuat PCB-ARES.
Proteus ISIS merupakan program terintegrasi dengan proteus yang menjadi
program utama pada software proteus. ISIS dirancang untuk membuat sebuah
skematik rangkaian elektronika dan dapat menyimulasikan rangkaian dengan
memberikan sebuah program ke dalam sebuah mikroprosesor. Proteus ISIS dapat
dilihat pada gambar 2.9.
Universitas Sumatera Utara
16
Gambar 2.7 Tampilan Software Proteus ISIS
Proteus ARES merupakan tempat untuk membuat layout PCB berdasarkan
skematik rangkaian elektronika yang telah dibuat di ISIS. Software Proteus ARES
dapat dilihat pada gambar 2.10.
Gambar 2.8 Tampilan Software Proteus ARES
Universitas Sumatera Utara